Thermal-stress analysis of IFMIF target back-wall made of reduced-activation ferritic steel and austenitic stainless steel

低放射化フェライト鋼及びオーステナイトステンレス鋼製のIFMIFターゲット背面壁の熱応力解析

井田 瑞穂; 千田 輝夫; 古谷 一幸*; 若井 栄一  ; 中村 博雄; 杉本 昌義

Ida, Mizuho; Chida, Teruo; Furuya, Kazuyuki*; Wakai, Eiichi; Nakamura, Hiroo; Sugimoto, Masayoshi

IFMIF加速器運転中の核発熱による熱応力及び変形が許容できるターゲット背面壁の構造及び材料を明らかにするため、ABAQUSコード及び中性子,2次線核発熱データを用いて熱応力解析を実施した。背面壁材料としては、316L鋼のみの場合、周辺部が316L鋼で中心部がF82H鋼の場合について評価した。厚さ2-8mmの応力緩和部の効果についても評価した。加速器ビーム条件としては10-100%負荷を選択した。結果として、後者の材料の背面壁(316L鋼,F82H鋼)では、応力緩和部厚さが5mm以上であれば、熱応力は許容値(316L鋼:328MPa,F82H鋼:455MPa)以下であった。一方、316L鋼のみの背面壁では許容値を満たさなかった。異材(316L-F82H)溶接試験片に対する予備的な引張試験では、316L鋼母材部で破断したので、本異材溶接はIFMIF背面壁用として有望である。

To clarify IFMIF target back-wall structures and materials with acceptable thermal-stress and deformation due to nuclear heating during the accelerator operation, thermal-stress analysis was done using a code ABAQUS and data of nuclear heating. Two types of back-wall were estimated. One is made of only 316L, and the other is made of 316L at its circumference and F82H a RAF steel at center. Effects of stress-mitigation structure with thickness 2-8 mm, and beam heat loads of 10-100% were estimated. As a result, thermal-stress in the latter back-wall is acceptable level less than 328 MPa for 316L and 455 MPa for F82H even under full heat load, if thickness of the stress-mitigation part is more than 5 mm. On the contrary, thermal-stress in the former is not acceptable. In preliminary tensile tests on dissimilar welding (316L-F82H) specimen, the fracture was occurred in base metal of 316L. Therefore, this welding is expected to be employed as the back-wall.